一种微光线阵基于电子倍增的动态范围自动调整方法，统计当前行图像的灰度直方图，给出直方图3个不同区间数据的比重，即当前行图像直方图特征数据；将其与历史数据进行加权累加，作为动态范围调整的判据；将迭代后的图像直方图特征数据带入动态范围调整策略表，得到电子倍增等效增益建议使用值。对电子倍增等效增益建议使用值做合理性和事件冲突判断，给出实际可执行的电子倍增等效增益值；由可执行电子倍增等效增益值查表得到微光线阵相机电子倍增驱动量，从而实现对相机动态范围的自动控制。
1.一种微光线阵基于电子倍增的动态范围自动调整方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)统计微光线阵CCD相机输出的当前行图像的灰度直方图，给出直方图3个不同区间数据的比重，即当前行图像直方图特征数据；所述步骤(1)中直方图灰度级划分为2N级，N为大于等于5的整数；
所述步骤(1)中图像直方图3个不同区域数据的比重指直方图中第2N级数据占整个直方图数据的百分比P3，直方图中第(2N-1+2N-2)级到2N级数据占整个直方图数据的百分比P2，直方图中第(2N-1+2N-4)级到2N级数据占整个直方图数据的百分比P1，N为大于等于5的整数；
(2)利用公式H＝P·r+H(-1)·(1-r)将当前行图像直方图特征数据进行加权迭代，r为当前行数据权重，取值0-1之间，P为当前行图像直方图特征数据，H(-1)为上一行迭代后的图像直方图特征数据，H为当前行迭代后的图像直方图特征数据；
(3)将步骤(2)得到的迭代后的图像直方图特征数据输入动态范围调整策略表，得到电子倍增等效增益建议使用值；所述步骤(3)中动态范围调整策略是指，若H3大于A1时，则电子倍增等效增益除以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A1大于A2，且H2大于A3时，电子倍增等效增益除以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A1大于A2，且H2小于等于A3时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A2，且H1大于A4时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值，若H3小于等于A2，H1小于等于A4大于A5，且H2大于A6时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A2，H1小于等于A4大于A5，且H2小于等于A6时，电子倍增等效增益乘以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A2，H1小于等于A5，电子倍增等效增益乘以g得到电子倍增等效增益建议使用值；其中g表示电子倍增等效增益调节最小步长，且1
(4)对步骤(3)得到的结果做合理性和事件冲突判断，给出实际可执行电子倍增等效增益值；所述步骤(4)中合理性是指电子倍增等效增益建议使用值是否超出微光线阵CCD电子倍增可调范围，如果大于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限值；如果小于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值；
所述步骤(4)中事件冲突是指执行电子倍增调节时是否发生相机复位、重加载优先级较高的临时事件，如果有事件冲突，实际可执行电子倍增等效增益等于相机开机时微光线阵CCD电子倍增增益值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值；
(5)由实际可执行的电子倍增等效增益值，查找电子倍增驱动量与电子倍增等效增益的对应关系表，得到微光线阵相机的电子倍增驱动量，从而实现对相机动态范围的自动控制。
一种微光线阵基于电子倍增的动态范围自动调整方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种微光线阵相机基于电子倍增的动态范围自动调整方法，尤其涉及通过图像直方图调整策略和电子倍增调节实施微光线阵相机动态范围自动调整的方法。
背景技术
[0002] 微光CCD(即EMCCD)，具有在低照度下对微弱目标成像的能力。微光CCD利用高性能的低噪声输出放大技术和电子倍增增益调节技术，实现了高动态范围的成像。然而微光CCD的电子倍增不宜频繁改变，否则影响电子倍增的输出稳定性。并且针对电子倍增非线性响应特性的处理方法目前相关基于电子倍增调节实现微光相机动态范围自动调节的方法说明中也极少涉及。
[0003] 专利“快速高精度电子倍增CCD自动增益系统及方法”给出了基于电子倍增调节实施微光CCD动态范围调整的硬件框架和简单的算法说明，其中对输出图像进行快速计算分析得到最佳的增益调整值的方法简单但不可靠。
[0004] 而在相机自动增益调整领域，作为增益调整判据的往往是图像均值、最大值和最小值，或者直方图中的一个指标。如“采用线阵TDICCD相机的实时自动增益控制算法”中利用去噪处理后的图像最大值和最小值作为增益调节的判据，以及“一种应用于CMOS图像传感器的快速自动曝光控制方法”中利用图像均值作为增益调节判据，还有“基于亮度直方图宽度的自动曝光方法研究”也都是以直方图中的一个指标作为增益调节的判据，都缺乏对图像信息分布的整体理解，做出的判断可靠性不足。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微光线阵基于电子倍增的动态范围自动调整方法，解决从图像灰度数据中提取更可靠的数据信息作为相机动态范围调节的依据，设计合理的相机动态范围调节策略，并考虑电子倍增驱动与等效增益非线性的特点，实现对微光线阵CCD动态范围的调整。
[0006] 本发明的技术方案是：一种微光线阵基于电子倍增的动态范围自动调整方法，包括如下步骤：
[0007] (1)统计微光线阵CCD相机输出的当前行图像的灰度直方图，给出直方图3个不同区间数据的比重，即当前行图像直方图特征数据；
[0008] (2)利用公式H＝P·r+H(-1)·(1-r)将当前行图像直方图特征数据进行加权迭代，r为当前行数据权重，取值0-1之间，P为当前行图像直方图特征数据，H(-1)为上一行迭代后的图像直方图特征数据，H为当前行迭代后的图像直方图特征数据；
[0009] (3)将步骤(2)得到的迭代后的图像直方图特征数据输入动态范围调整策略表，得到电子倍增等效增益建议使用值；
[0010] (4)对步骤(3)得到的结果做合理性和事件冲突判断，给出实际可执行电子倍增等效增益值；
[0011] (5)由实际可执行的电子倍增等效增益值，查找电子倍增驱动量与电子倍增等效增益的对应关系表，得到微光线阵相机的电子倍增驱动量，从而实现对相机动态范围的自动控制。
[0012] 所述步骤(1)中直方图灰度级划分为2N级，N为大于等于5的整数。
[0013] 所述步骤(1)中图像直方图3个不同区域数据的比重指直方图中第2N级数据占整个直方图数据的百分比P3，直方图中第(2N-1+2N-2)级到2N级数据占整个直方图数据的百分比P2，直方图中第(2N-1+2N-4)级到2N级数据占整个直方图数据的百分比P1，N为大于等于5的整数。
[0014] 所述步骤(3)中动态范围调整策略是指，若H3大于A1时，则电子倍增等效增益除以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A1大于A2，且H2大于A3时，电子倍增等效增益除以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A1大于A2，且H2小于等于A3时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值。若H3小于等于A2，且H1大于A4时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值，若H3小于等于A2，H1小于等于A4大于A5，且H2大于A6时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A2，H1小于等于A4大于A5，且H2小于等于A6时，电子倍增等效增益乘以g得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于A2，H1小于等于A5，电子倍增等效增益乘以g得到电子倍增等效增益建议使用值；其中g表示电子倍增等效增益调节最小步长，且1
[0015] 所述步骤(4)中合理性是指电子倍增等效增益建议使用值是否超出微光线阵CCD电子倍增可调范围，如果大于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限值；如果小于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值。
[0016] 所述步骤(4)中事件冲突是指执行电子倍增调节时是否发生相机复位、重加载优先级较高的临时事件，如果有事件冲突，实际可执行电子倍增等效增益等于相机开机时微光线阵CCD电子倍增增益值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值。
[0017] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0018] (1)统计图像灰度的直方图分布，相比判断图像的最值更可靠，不会因为探测器坏点，噪点，或局部像元过亮引起整体图像误判；
[0019] (2)统计图像灰度的直方图分布相比利用均值作为调整动态范围的判据更可靠，尤其是直方图不连续的情况，如深空背景中的目标探测；
[0020] (3)直方图统计2N(N≥5)级，不仅达到了灰度分布统计的目的，还有效控制了硬件资源消耗。
[0021] (4)利用查找表获得电子倍增增益驱动量具有更高的精度。
附图说明
[0022] 图1为本发明实施过程流程图；
[0023] 图2为本发明实施中相机动态范围调整策略；
[0024] 图3为本发明实施中的电子倍增驱动量查找表。
具体实施方式
[0025] 如图1所示，本发明实施过程流程图包括图像灰度直方图分布统计，迭代特征数据，依据相机动态范围调整策略得到电子倍增等效增益建议使用值，对电子倍增等效增益建议使用值做合理性和事件冲突判断，得到可执行的电子倍增等效增益，利用查找表获得电子倍增驱动量。
[0026] (1)统计微光线阵CCD相机输出的当前行图像的32级灰度直方图，计算直方图中第32级数据占整个直方图数据的百分比(P3)，计算直方图中第24级到32级数据占整个直方图数据的百分比(P2)，计算直方图中第18级到32级数据占整个直方图数据的百分比(P1)，即当前行图像直方图特征数据；
[0027] (2)利用公式H＝P·0.1+H(-1)·0.9将当前行图像直方图特征数据P3、P2、P1进行加权迭代，得到迭代后的图像灰度直方图特征数据H3，H2，H1；
[0028] (3)将步骤(2)得到的迭代后的图像直方图特征数据输入动态范围调整策略，如图2所示，若H3大于0.03时，则电子倍增等效增益除以1.33得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于0.03大于0.01，且H2大于0.2时，电子倍增等效增益除以1.33得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于0.03大于0.01，且H2小于等于0.2时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值。若H3小于等于0.01，且H1大于0.05时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值，若H3小于等于0.01，H1小于等于
0.05大于0.01，且H2大于0.01时，将当前电子倍增等效增益作为电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于0.01，H1小于等于0.05大于0.01，且H2小于等于0.01时，电子倍增等效增益乘以1.33得到电子倍增等效增益建议使用值；若H3小于等于0.01，H1小于等于0.01，电子倍增等效增益乘以1.33得到电子倍增等效增益建议使用值。
[0029] (4)判断电子倍增等效增益建议使用值是否超出微光线阵CCD电子倍增可调范围，如果大于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的上限值；如果小于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限，实际可执行电子倍增等效增益值等于微光线阵CCD电子倍增可调范围的下限值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值。判断执行电子倍增调节时是否发生相机复位、重加载优先级较高的临时事件，如果有事件冲突，实际可执行电子倍增等效增益等于相机开机时微光线阵CCD电子倍增增益值；否则，实际可执行电子倍增等效增益等于电子倍增等效增益建议使用值。
[0030] (5)由实际可执行的电子倍增等效增益，查找电子倍增驱动量与电子倍增等效增益的对应关系表，如图3所示，得到微光线阵相机的电子倍增驱动量，从而实现对相机动态范围的自动控制。
